(57)【要約】【課題】  （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）無機化合物、及び（Ｄ）無機充填剤を必須成分として含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記（Ｃ）無機化合物が、下記式（１）で表される無機化合物であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこの組成物の硬化物にて封止された半導体装置。  Ｍ１xＭ２yＯz・・・（１）（Ｍ１、Ｍ２はそれぞれ金属元素で、Ｍ１、Ｍ２のうち少なくとも１種は周期表第ＩＩ族の金属元素であり、その第２イオン化ポテンシャルは２０ｅＶ以下である。またｘ、ｙ、ｚはそれぞれ１〜２０の整数を示す。）【解決手段】  信頼性に優れ、半導体装置の封止材として使用した場合に、マイグレーション現象による絶縁不良等の電気特性不良発生の少ない硬化物を与えることができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びその硬化物にて封止された半導体装置を提供する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）無機化合物、及び（Ｄ）無機充填剤を必須成分として含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記（Ｃ）無機化合物が、下記式（１）で表される無機化合物であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
Ｍ１xＭ２yＯz                                          ・・・（１）
（ただし、Ｍ１、Ｍ２はそれぞれ金属元素を表し、Ｍ１、Ｍ２のうち少なくとも１種は周期表第ＩＩ族の金属元素であり、その第２イオン化ポテンシャルは２０ｅＶ以下である。またｘ、ｙ、ｚはそれぞれ１〜２０の整数を示す。）
【請求項２】
（Ｃ）無機化合物の含有量が、（Ａ）エポキシ樹脂及び（Ｂ）硬化剤の総量１００質量部に対して１〜１００質量部であることを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物にて封止された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信頼性に優れ、特にファインピッチ配線の銅又は銅合金フレームを使用した半導体装置の封止材として使用した場合に、マイグレーション現象による絶縁不良等の電気特性不良発生の少ない硬化物を与えることができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びその硬化物にて封止された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置は、高密度実装化・軽薄短小化に伴って配線数が増大し、金線間、リード間のピッチ等がファイン化されてきている。また一方、半導体装置の高速化に伴い、動作時の発熱を抑えるために、リードフレーム材質は、放熱特性に優れる銅又は銅合金が主流となってきている。
【０００３】
このように半導体装置は、ファインピッチ配線の銅又は銅合金フレームが主流となりつつあるが、このような半導体装置は、リード間の距離が短く、配線や電極として使用している銅がマイグレーション現象を起こし、リーク電流増大、リード間短絡等の電気特性不良を発生させやすいという問題点が指摘されている。
【０００４】
マイグレーション現象とは、吸湿の影響によって半導体装置の陽極側の銅が電界によりイオン化し、酸化還元反応により陰極側に銅が樹枝上に析出して、絶縁性を低下させる現象である。
【０００５】
なお、本発明に関連する公知文献としては、下記のものがある。
【特許文献１】特開平１１−０９２５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、信頼性に優れ、特にファインピッチ配線の銅又は銅合金フレームを使用した半導体装置の封止材として使用した場合に、マイグレーション現象による絶縁不良等の電気特性不良発生の少ない硬化物を与えることができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びその硬化物にて封止された半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）無機化合物、及び（Ｄ）無機充填剤を必須成分として含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記（Ｃ）無機化合物として、下記式（１）で表される無機化合物を用いたエポキシ樹脂組成物が、信頼性に優れ、特にファインピッチ配線の銅又は銅合金フレームを使用した半導体装置の封止材として使用した場合に、マイグレーション現象による絶縁不良等の電気特性不良発生の少ない硬化物を与えることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
【０００８】
Ｍ１xＭ２yＯz                                          ・・・（１）
（ただし、Ｍ１、Ｍ２はそれぞれ金属元素を表し、Ｍ１、Ｍ２のうち少なくとも１種は周期表第ＩＩ族の金属元素であり、その第２イオン化ポテンシャルは２０ｅＶ以下である。またｘ、ｙ、ｚはそれぞれ１〜２０の整数を示す。）
【０００９】
従って、本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）無機化合物、及び（Ｄ）無機充填剤を必須成分として含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記（Ｃ）無機化合物が、上記式（１）で表される無機化合物であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこの半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物にて封止された半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、信頼性に優れ、特にファインピッチ配線の銅又は銅合金フレームを使用した半導体装置の封止材として使用した場合に、マイグレーション現象による絶縁不良等の電気特性不良発生の少ない硬化物を与えることができるものであり、この樹脂組成物の硬化物にて封止された半導体装置は、マイグレーションの発生が少なく、電気的信頼性に優れるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂は特に限定されるものではない。一般的なエポキシ樹脂の例としては、ノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールアルカン型エポキシ樹脂、アラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格含有アラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物、ビスフェノールＦ型エポキシ化合物、スチルベン型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらのうち１種又は２種以上を併用することができる。なお、本発明においては、難燃剤として有効なブロム化エポキシ樹脂を配合することもできる。
【００１２】
本発明に用いる（Ｂ）硬化剤は特に限定されるものではない。一般的な硬化剤の例としては、フェノールノボラック樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、フェノールアラルキル型フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、ビフェニル骨格含有アラルキル型フェノール樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、脂環式フェノール樹脂、複素環型フェノール樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のフェノール樹脂、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミックス酸等の酸無水物などが挙げられ、これらのうち１種又は２種以上を併用することができる。
【００１３】
また、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤の配合量比は特に制限されないが、硬化剤としてフェノール樹脂を用いる場合、（Ａ）エポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基に対して（Ｂ）硬化剤中に含まれるフェノール性水酸基のモル比が０．５〜１．５、特に０．８〜１．２であることが好ましい。フェノール性水酸基のモル比が０．５未満であったり、１．５を超えたりする場合には、十分な硬化性が得られない場合がある。
【００１４】
本発明の樹脂組成物は、（Ｃ）無機化合物として、式（１）で表される無機化合物を含有することを特徴とするものである。
Ｍ１xＭ２yＯz                                          ・・・（１）
（ただし、Ｍ１、Ｍ２はそれぞれ金属元素を表し、Ｍ１、Ｍ２のうち少なくとも１種は周期表第ＩＩ族の金属元素であり、その第２イオン化ポテンシャルは２０ｅＶ以下である。またｘ、ｙ、ｚはそれぞれ１〜２０の整数を示す。）
【００１５】
これらの無機化合物が銅イオンマイグレーション防止に有効な理由としては、イオン化した銅イオンと、周期表第ＩＩ族の金属元素でその第２イオン化ポテンシャルが２０ｅＶ以下である金属元素イオンとの間でイオン交換反応が起こり、銅イオンが酸化還元反応により陰極側で銅として析出する反応を抑制しているものと考えられる。
【００１６】
ここで、周期表第ＩＩ族の第２イオン化ポテンシャルが２０ｅＶ以下である金属元素として、具体的には、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｂａ、Ｈｇ、Ｒａが挙げられ、好ましくはＭｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｒである。
【００１７】
これら周期表第ＩＩ族の金属元素の第２イオン化ポテンシャルとしては、例えば、Ｍｇが１５．０３１ｅＶ、Ｃａが１１．８６８ｅＶ、Ｚｎが１７．９６ｅＶ、Ｓｒが１１．０２７ｅＶであり、一方、Ｃｕは２０．２９ｅＶである（化学便覧、基礎編ＩＩ、丸善（１９６６））。
【００１８】
式（１）の無機化合物は、上記周期表第ＩＩ族の第２イオン化ポテンシャルが２０ｅＶ以下である金属元素と化合物を形成するものであれば特に制限されないが、式（１）の無機化合物の代表的な例として、Ｍｇ2ＳｉＯ4、ＭｇＷＯ4、ＭｇＦｅ2Ｏ4、ＭｇＩｎ2Ｏ4、ＣａＳｅＯ4、Ｃａ2ＳｉＯ4、ＣａＴｉＯ3、ＣａＣｒＯ4、ＣａＭｏＯ4、ＣａＷＯ4、Ｚｎ2ＳｉＯ4、ＺｎＣｒＯ4、ＺｎＦｅＯ4、ＺｎＭｏＯ4、ＳｒＣｒＯ4等が挙げられ、特にＺｎ2ＳｉＯ4、ＺｎＣｒＯ4、ＺｎＦｅＯ4、ＺｎＭｏＯ4が好ましい。
【００１９】
本発明の無機化合物の平均粒径は０．１〜１０μｍ、特に０．２〜５μｍであることが好ましい。平均粒径が０．１μｍ未満では、樹脂組成物中への分散性が悪くなり、流動性が低下する場合があり、また平均粒径が１０μｍを超えると、目的とする銅イオンとのイオン交換機能が十分に行なわれない場合がある。
なお、本発明において、平均粒径は、例えばレーザー光回折法などによる粒度分布測定装置等を用いて、重量平均値（又はメジアン径）などとして求めることができる。
【００２０】
また、無機化合物の比表面積（ＢＥＴ法）は１〜２０ｍ2／ｇ、特に３〜１８ｍ2／ｇであることが好ましい。比表面積が１ｍ2／ｇ未満では、銅イオンとのイオン交換機能が十分に行なわれない場合があり、また比表面積が２０ｍ2／ｇを超えると、樹脂組成物中への分散性が悪くなり、流動性が低下する場合がある。
【００２１】
また、これらの無機化合物は、分散性を向上させるために、シリカ、タルク、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタン等の酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水酸化物等の無機物粒子の表面にあらかじめ担持させて用いることもできる。
【００２２】
本発明の（Ｃ）無機化合物の含有量は、エポキシ樹脂と硬化剤の総量１００質量部に対して１〜１００質量部であることが好ましく、１〜５０質量部であることがより好ましい。１質量部未満では十分な銅イオンマイグレーション防止効果が得られない場合があり、また１００質量部を超えると無機化合物由来の陰イオンの量が多くなり、逆に信頼性が低下する場合がある。
【００２３】
本発明の樹脂組成物中に配合される（Ｄ）無機充填剤としては、通常エポキシ樹脂組成物に配合されるものを使用することができる。例えば、溶融シリカ、結晶性シリカ等のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、酸化チタン、ガラス繊維等が挙げられる。これら無機充填剤の平均粒径や形状は特に限定されないが、成形性及び流動性の面から平均粒径が５〜４０μｍの球状の溶融シリカが特に好ましい。
【００２４】
無機充填剤の充填量は、エポキシ樹脂と硬化剤の総量１００質量部に対して４００〜１，２００質量部が好ましく、５００〜１，０００質量部がより好ましい。４００質量部未満では膨張係数が大きくなり、半導体素子に加わる応力が増大する場合がある。一方、１，２００質量部を超えると成形時の粘度が高くなり、成形性が悪くなる場合がある。
【００２５】
なお、無機充填剤は、樹脂と無機充填剤との結合強度を強くするため、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤で予め表面処理したものを配合することが好ましい。このようなカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン、γ−メルカプトシラン等のメルカプトシランなどのシランカップリング剤を用いることが好ましい。ここで、表面処理に用いるカップリング剤の配合量及び表面処理方法については特に制限されるものではない。
【００２６】
また本発明において、エポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応を促進させるため、硬化促進剤を用いることが好ましい。この硬化促進剤は、硬化反応を促進させるものであれば特に制限はなく、例えば、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィン、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、テトラフェニルホスフィン・テトラフェニルボレートなどのリン系化合物、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などの第３級アミン化合物、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾールなどのイミダゾール化合物等を使用することができる。
硬化促進剤の配合量としては、上記（Ａ），（Ｂ）成分の合計１００質量部に対し、０．１〜１０質量部、特に０．５〜５質量部とすることができる。
【００２７】
本発明の樹脂組成物は、更に必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。例えば、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン等の難燃助剤、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム、シリコーン系等の低応力剤、カルナバワックス、高級脂肪酸、合成ワックス等のワックス類、カーボンブラック等の着色剤、ハロゲントラップ剤等の添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で添加配合することができる。
【００２８】
本発明の樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機化合物、無機充填剤、及びその他の添加物を所定の組成比で配合し、これをミキサー等によって十分均一に混合した後、熱ロール、ニーダー、エクストルーダー等による溶融混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることができる。
【００２９】
このようにして得られる本発明の樹脂組成物は、各種の半導体装置の封止用として有効に利用でき、この場合、封止の最も一般的な方法としては、低圧トランスファー成形法が挙げられる。なお、本発明の樹脂組成物の成形温度は１５０〜１８０℃で３０〜１８０秒、後硬化は１５０〜１８０℃で２〜１６時間行うことが望ましい。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、以下の例において部はいずれも質量部であり、平均粒径はレーザー光回折法により測定した値であり、また、比表面積はＢＥＴ法による値である。
【００３１】
［実施例１〜１０、比較例１〜３］
表１，２に示す成分を熱２本ロールにて均一に溶融混合し、冷却、粉砕して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。使用した原材料を下記に示す。
【００３２】
・エポキシ樹脂
(イ)ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：
ＥＯＣＮ１０２０−５５（日本化薬製、エポキシ当量２００）
(ロ)ビフェニル型エポキシ樹脂：
ＹＸ−４０００ＨＫ（ジャパンエポキシレジン製、エポキシ当量１９０）
(ハ)ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂：
ＮＣ−３０００（日本化薬製、エポキシ当量２７２）
【００３３】
・難燃剤：ブロム化エポキシ樹脂
ＢＲＥＮ−１０５（日本化薬製、エポキシ当量２７０、ブロム含有量３６質量％）
【００３４】
・硬化剤
(ニ)フェノールノボラック樹脂：
ＤＬ−９２（明和化成製、フェノール性水酸基当量１０７）
(ホ)フェノールアラルキル樹脂：
ＭＥＨ−７８００ＳＳ（明和化成製、フェノール性水酸基当量１７５）
(ヘ)ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂：
ＭＥＨ−７８５１ＳＳ（明和化成製、フェノール性水酸基当量２０３）
【００３５】
・無機化合物
（１）Ｚｎ2ＳｉＯ4：平均粒径０．５μｍ、比表面積３．８ｍ2／ｇ
（２）ＺｎＣｒＯ4：平均粒径０．８μｍ、比表面積３．４ｍ2／ｇ
（３）ＺｎＦｅＯ4：平均粒径１．０μｍ、比表面積２．８ｍ2／ｇ
（４）ＺｎＭｏＯ4：平均粒径０．７μｍ、比表面積３．４ｍ2／ｇ
【００３６】
・無機充填剤：球状溶融シリカ（龍森製、平均粒径２０μｍ）
・難燃助剤：三酸化アンチモン（日本精鉱製）
・硬化促進剤：トリフェニルホスフィン（北興化学製）
・離型剤：カルナバワックス（日興ファインプロダクツ製）
・着色剤：デンカブラック（電気化学工業製）
・シランカップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業製、ＫＢＭ−４０３）
【００３７】
【表１】
2005336416.tif 000002
【００３８】
【表２】
2005336416.tif 000003
【００３９】
これらの組成物につき、以下の諸特性を測定した。これらの結果を表３，４に示す。
Ａ．スパイラルフロー値
ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、温度１７５℃、圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ2、成形時間９０秒の条件で測定した。 
【００４０】
Ｂ．ゲル化時間
１７５℃の加熱された熱板上に組成物を薄く広げ、スパチュラで樹脂を掻き取り、熱板面から樹脂が剥がれる点をゲル化時間とした。
【００４１】
Ｃ．成形硬度
ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準じて温度１７５℃、圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ2、成形時間９０秒の条件で１０×４×１００ｍｍの棒を成形したときの熱時硬度をバーコール硬度計で測定した。
【００４２】
Ｄ．マイグレーション性
アルミニウム配線を形成し、更に表面をＳｉＮでコートした６×６×０．３ｍｍの大きさのシリコンチップを１００ｐｉｎ−ＱＦＰフレーム（Ｃｕ）に接着し、更にチップ表面のアルミニウム電極とリードフレームとを２５μｍφの金線でワイヤボンディングした後、これにエポキシ樹脂組成物を温度１７５℃、圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ2、成形時間９０秒の条件で成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした。
このパッケージを１３０℃／８５％Ｒ．Ｈ．の雰囲気中２０Ｖの直流バイアス電圧をかけて５００時間放置した後、Ｃｕマイグレーションの発生を顕微鏡で観察した。
【００４３】
【表３】
2005336416.tif 000004
【００４４】
【表４】
2005336416.tif 000005
【００４５】
表３，４の結果より、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、信頼性に優れ、特にファインピッチ配線の銅又は銅合金フレームを使用した半導体装置の封止用として使用した場合に、マイグレーション現象による絶縁不良等の電気特性不良発生の少ない硬化物を与えることができるものであり、この樹脂組成物の硬化物にて封止された半導体装置は、マイグレーションの発生が少なく、電気的信頼性に優れるものである。